运动电荷电磁场的相对性

2017-10-19 09:47赵振中
中国科技纵横 2017年17期
关键词:电磁场

赵振中

摘 要:由于电磁场是物理学系统理论知识中比较重要的一个知识点,因此,对于电磁场的分析和研究方法有许多种,大多都很复杂。但是,可以根据三维空间关系,结合狭义相对论,来讨论运动电荷所具有的相对性关系。一旦得出了运动电荷的相对性关系,那么,电磁场的相对性关系就显得尤为简单了。对此,本文基于相关理论知识,使电荷在电磁场中作不同的相对性变换,从而得出不同参考系中电场和磁场的相对性关系。

关键词:电磁场;运动电荷;惯性参考系;狭义相对论

中图分类号:O241.5 文献标识码:A 文章编号:1671-2064(2017)17-0249-01

1 电荷电磁场的相对性变换

通过测量出不同参考系中电场和磁场的大小,同时,结合狭义相对论来对测量出的电场强度和磁场强度进行分析。由于电荷不会随洛伦兹变换而改变,因此,只能通过变换其它方式来讨论电场。假定一惯性参考系B中测出的电场强度为E,那么在惯性参考系B′中,使其以速度沿着B参考系的x轴正向运动的电场强度E′的大小可以根据高斯定理求出。具体方法如下图1所示。

如图1(a)所示,惯性参考系B中有两片密度均匀的电荷层,其电荷层密度分别为+δ和-δ。它们的边长都为b,并且平行于xOy平面。由于两个电荷层之间的距离很小,因此,它们中间为均匀电场。测得B参考系中電场大小为E=δ/,方向沿z轴正向。如图1(b)所示,如果从B'参考系中观察,两个电荷层不再是边长相等的正方形,沿x'边的长度减小为b,式中β=/c。由于电荷不变,因此q=q。所以,B参考系中的电荷密度大小分别是:+δ=δ(1/),-δ=-δ(1/)。由于其两片电荷层之间距离很小,因此也形成均匀电场,其方向沿z轴正向。由此可知,E=δ/=E/=γE,式中γ=1/。在不同电磁场相对性变换中,此关系式均成立。

2 电荷电磁场变换

使一个电荷层面密度为δ的均匀电荷层以速度作平行于自己的运动,那么它形成的面电流的密度大小为j=δ。因为运动的电荷层会同时产生电场和磁场,所以可以由两个平行且均匀带电的电荷层得出电磁场的普遍变换关系,这两个电荷层静止时的电荷面密度和=-。

3 任意相对方向匀速运动点电荷电磁场的相对性

将点电荷放于参考系B的原点处,使参考系B以速度沿参考系B任意方向运动,这个时候,运动电荷所产生的磁场和电场在两个参考系中的关系不再满足上述的式子。

这两个式子,就可以计算出任意相对方向匀速运动点电荷的电磁场的各项参数。

4 结语

经上述分析可以得出以下结论:当一静止电荷在某一惯性参考系中受到电场力作用时,它不会产生磁场,但在另一惯性参考系中,却会产生电场与磁场。从这里我们可以知道,电荷在电场或磁场中的受力情况会随着参考系的改变而改变。电场力的实质是:电磁作用是在不同坐标系中经过变换而产生的。电磁作用主要表现为两个方面:第一是电场力,第二是磁场力。参考系选取的不同,受力情况就会不同,但事物的本质却不会因此而发生改变。

参考文献

[1]乔鸣忠,梁京辉,等.多相感应电机场路耦合时步有限元分析[J].中国电机工程学报,2010,(24).

[2]李旭,熊荣飞,王丽芳,何举刚,汤轲.复杂整车结构的电磁兼容多软件联合建模[J].微波学报,2014,(01).endprint

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